Blockchain-3 区块链初学者指南 | 比特币基础

区块链

-区块链-

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数字货币

在密码学技术、区块链技术和P2P网络技术的支持下，通过计算机程序生成数字货币，在互联网上发行和流通，构建分布式支付系统，解决虚拟经济体系中的信用问题。

在以比特币为代表的数字货币体系中，中央银行的角色不复存在，不存在发行主体，其发行不受任何个人或机构控制，货币发行和交易流通的责任由所有节点共同承担.

选择哪个节点发行货币、如何识别一笔交易是否为双重支付、如何处理交易链中的分叉等重要问题需要网络中的每个节点使用共识机制来解决。

交易信息按时间顺序存储在区块中，形成从前到后依次链接的数据结构链。 并利用密码学实现一个公开、透明、可追溯、时序不可篡改的分布式账本。

数字货币可以有效降低货币管理成本和社会信用成本。

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比特币的典型特征

比特币本质上是一种由分布式网络系统产生的数字货币，其发行过程​​不依赖于特定的中心化机构。 相反，它依靠分布式网络节点参与一个称为工作量证明（PoW，将在以后的推文中详细介绍）的共识过程来完成比特币交易的验证和记录。

比特币和区块链系统一般具有以下五个关键要素——公共区块链账本、分布式点对点网络系统、去中心化共识算法、适度的经济激励机制和可编程脚本代码。

比特币的典型特征是：

1.权力下放

是指用纯数学的方法代替中心组织在分布式节点之间建立信任关系，不存在中心化的特殊节点和层级结构。

此外，比特币网络的维护也是去中心化的，没有独立的第三方集中监管网络。 比特币实现了发行的去中心化，保证了任何一个机构和个人都不能集中发行比特币。

2. 分布式共识

比特币使用工作量证明机制 (PoW) 来实现分布式共识。 它解决了双重支付的问题，即“双花”问题（将在以后的推文中详细介绍）。 比特币系统的大部分运行依赖于算力投票。

3. 公开透明，极难篡改

比特币的本质是一个开放的分布式账本，数据以带有时间戳的链式区块结构存储。

所有账户的所有交易都记录在区块链中，每个人都有一个完整的账本。 每个人都可以独立统计比特币历史上每个账户的所有账户，也可以计算任意一个账户的价值。 当前余额。

除非有人能够控制全网 51% 以上的算力，否则任何隐藏或修改交易数据的企图都会被全网拒绝。

4.密码算法

比特币使用椭圆曲线密码术来保护通信和交易。 比特币地址实际上是一组非对称密钥对中的公钥。 这对密钥是通过椭圆曲线算法生成的，对应的私钥可以唯一确定地址（公钥）的归属。

公钥生成过程是不可逆的，即不能从公钥推导出私钥。 私钥可以唯一确定对应地址上比特币的归属，私钥丢失就意味着该地址上的比特币丢失。

五、隐私保护

用户的账号（地址）是本地客户端使用公钥自动生成的一串字符串比特币入门基础知识，不直接暴露用户身份。 公钥地址相当于一个“假名”比特币入门基础知识，隐藏了用户的部分信息，但每个节点都不是完全匿名的。

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比特币密钥

密钥由一对公钥和私钥组成，其中公钥用于接收比特币并生成比特币地址，对应的私钥用于在其对应的地址上生成支付比特币所需的签名来唯一确定这些比特币的所有权决定了该地址下存储的比特币的所有权和控制权。 比特币私钥由用户的钱包生成、存储和管理。

在比特币交易的支付环节，收款人出示其比特币地址接收比特币，每笔比特币交易都需要支付人的有效签名存入区块链。

因此，比特币的接收方乃至比特币网络中的每一个人都可以通过支付方公开的公钥来验证交易中包含的签名，从而确认支付方对所交易的比特币拥有所有权，确认交易是有效的。

比特币系统一般通过调用操作系统底层的随机数生成器生成一个256位的随机数作为私钥，私钥空间大小为2256。

比特币私钥将通过SHA256哈希算法和Base58进行转换，形成50个字符长度的易于识别和编写的私钥提供给用户。 比特币的公钥是私钥先通过Secp256k1椭圆曲线算法生成的长度为65字节的随机数（后面的推文会详细介绍）。

公钥可用于生成比特币交易中使用的地址。 生成过程是先对公钥进行SHA256和RIPEMD160单向哈希函数运算，生成一个20字节的汇总结果（即hash160结果），然后通过SHA256哈希算法和Base58（一种基于文本的比特币和其他加密货币用于数据压缩、易读性和错误诊断的二进制编码格式）被转换为 33 个字符的比特币地址。 公钥生成过程是不可逆的。

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比特币钱包

比特币钱包是私钥的容器，通常以有序文件或简单数据库的形式实现。 它分为三类：非确定性（随机）钱包、确定性（种子）钱包和分层确定性钱包：

非确定性钱包中的私钥是随机生成的，具有难以管理、备份和导入的缺点，正在被确定性钱包所取代。

确定性（种子）钱包使用单向哈希函数从称为种子的公共随机数生成许多不同的私钥，种子包含可以生成私钥的索引号或“链码”。

分层确定性钱包基于树结构生成密钥。 父密钥可以生成一系列子密钥，子密钥可以派生出一系列孙密钥。 键之间的关系可以用更有条理和更有条理的方式来表达。

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比特币交易流程

比特币的来源主要有两个，一个是挖矿奖励，一个是从其他账户购买。

获取比特币可以形象地称为“挖矿”过程，即不断选择随机数进行哈希运算，希望找到符合要求的哈希结果。 矿工在挖一个随机数，这里假设要挖一个30位的随机数。

记账流程如下图所示：

在：

新交易：

A和B通过智能合约（数字签名）交易几个比特币，买卖双方广播给大家。

交易通过 P2P 网络传播：

网络中的每个节点（拥有所有成员的账本）接收广播的网络信息，进行加减更新账本。

共识：

就是“挖矿”的过程。 这个共识需要达到51%，也就是51%的人会把这笔交易记录在自己的账本上。

为了确保防篡改，使用了哈希函数，并招募了其他矿工来提供帮助。

哈希函数是单向函数，不可逆，没有反函数，即x可以推导出f(x)，但是已知f(x)推导出x的值是不可能的。 但是如果你告诉随机数x的前130位，让矿工找出130位之后的30位是什么，那么矿工就只能乱猜了，那么他要试230次，计算hash函数每次。 即哈希函数需要计算230次。 如果每个比特币矿工或者每个节点平均需要十分钟来尝试这个值，也就是一个人每十分钟挖一次比特币，那么这个比特币就是一个类似“0101...”的字符串。 （所以比特币会被挖出来）

挖完之后，如果大家都同意，矿工将得到一个比特币的奖励，并公布交易信息，同时他之前的账本也会公布给各个网络节点。

此时，A 和 B 之间的比特币交易被认为是成功的。 每一笔挖矿交易被挖出后，这些交易都会被放入这个比特币中，一旦放入就不能更改，因为这是一个单向函数，计算出下一个节点后不能再更改上一个节点。

每笔交易订单都必须写入一个数据块，最后挖出的比特币和下一个挖出的比特币相连，形成一条很长的链。 这条链就是区块链，极难被篡改，因为如果到了100，要改变第一个区块，需要改变99个哈希函数值，也就是找99 230，比别人快在整个网络中，因为每十分钟添加一个数据块。

另外，交易写入账本后，矿工会挖出下一个比特币，即继续寻找x。

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比特币生态系统

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